Determinação ótima do número e dos parâmetros de múltiplos atenuadores dinâmicos sintonizados em estruturas altas submetidas à ação dinâmica do vento

Abstract

Neste trabalho, o enfoque é dado ao dimensionamento de atenuadores dinâmicos sintonizados ? ADS. Além de dimensionar as constantes de mola e amortecimento, determinou-se também o número ideal de atenuadores. Controladores estruturais do tipo ADS são vastamente aplicados na engenharia estrutural, com o objetivo de minimizar as oscilações em construções esbeltas sujeitas a ações de natureza dinâmica. O presente trabalho motivou-se principalmente pela carência nos estudos sobre dimensionamento de múltiplos ADS com determinação do número ideal de controladores. Deste modo, são dimensionados múltiplos ADS em uma estrutura alta submetida à ação dinâmica do vento, com base nos estudos conduzidos por Ankireddi e Yang (1996), o qual avalia a influência da massa de ADS simples no controle estrutural de estruturas submetidas à ação dinâmica do vento. Portanto, adaptou-se os algoritmos BSA e Harmony Search para que se determine o número ideal de ADS. De fato, o esquema proposto parte de uma configuração universal pré-definida de ADS, descartando-se os ADS desnecessários. Simultaneamente, o algoritmo determina os valores ótimos das constantes de rigidez k_d e amortecimento c_d, para cada ADS. A estrutura em estudo possui 400 m de altura e foi submetida à ação do vento sinóptico com flutuação da velocidade do vento na direção longitudinal gerado por intermédio do espectro de potência de Kaimal. Através da análise dinâmica, possibilitou-se comparar a resposta da estrutura com controle de ADS simples e com múltiplos ADS. Posto que, nem sempre utilizar-se múltiplos ADS significa um expressivo ganho no controle estrutural, em relação ao ADS simples, outros fatores são avaliados. O uso de múltiplos ADS possibilita a redução da massa de cada ADS, facilitando a instalação dos mesmos. Além disso, partindo-se da configuração ideal de múltiplos ADS, arguiu-se a hipótese de que um dos controladores estivesse inoperante durante toda a excitação do vento, simulando a falha ou um período de manutenção do equipamento. Assim, constatou-se que múltiplos ADS garantem que a estrutura esteja protegida mesmo quando um dos ADS esteja inoperante.<br>

Abstract : In this work, the focus is given to the design of tuned mass damper - TMD, and scale the constant spring and damping, also determined the optimal number of attenuators. Structural controllers of TMD type are widely applied in structural engineering, in order to mitigate the fluctuations in slender buildings subject to actions of dynamic source. This work primarily motivated up for the absence in studies of multiple TMD design to determine the optimal number of controllers. Thus, are sized multiple TMD on a tall building subjected to wind dynamic action, based on studies conducted by Ankireddi and Yang (1996), which evaluates the influence of simple TMD on mass structural control structures subjected to wind dynamic action, therefore, it was adapted the BSA and Harmony Search algorithms for determine the ideal number of TMD. In fact, the scheme proposed part of a pre-defined universal configuration TMD, discarding unnecessary TMD. At the same time, the algorithm determines the optimal values of the constants stiffness k_d and damping c_d for each TMD. The structure under study has 400 m high and was subjected to the action of the synoptic wind with fluctuating wind speed in the longitudinal direction generated through the Kaimal power spectrum. Through dynamic analysis, it was possible to compare the response of the structure with simple TMD control and multiple TMD. Though not always be used multiple TMD means a significant gain in structural control, compared to the simple TMD, other factors are evaluated. The use of multiple TMD enables the reduction of the mass of each TMD, making it easier to install them. Furthermore, starting from the ideal multiple TMD configuration, the hypothesis is argued, that one of the controllers was dead during the entire wind excitation, simulating an equipment failure or maintenance period. Thus, it was found that multiple TMD ensure that the structure is protected even when one of the TMD is inoperative.